晉北谷子耗水規律和水分高效利用研究

高曉麗，馬娟娟，賈雨蕊，劉恩科，宋璐璐

晉北谷子耗水規律和水分高效利用研究

高曉麗1,2，馬娟娟2，賈雨蕊2，劉恩科1，宋璐璐2

（1.有機旱作山西省重點實驗室，太原 030031；2.太原理工大學 水利科學與工程學院，太原 030024）

【】闡明晉北地區谷子的耗水規律和水分高效利用模式，為實現晉北地區農業的節水高產提供指導。以晉谷-53號谷子為研究對象，在拔節期、抽穗期、灌漿期分別設置輕度、中度和重度的水分脅迫處理，拔節期的灌溉下限分別為田間持水率的64.2%（A1）、50.9%（A2）和40.0%（A3），抽穗期的灌溉下限分別為田間持水率的73.6%（B1）、62.3%（B2）和50.9%（B3），灌漿期的灌溉下限分別為田間持水率的68.0%（C1）、57.0%（C2）和45.0%（C3），3個階段的灌溉上限均為田間持水率的90.0%，研究了不同水分虧缺模式谷子的耗水規律和水分生產效率。谷子的全生育期耗水量在177.96～454.87 mm之間，各生育階段耗水量和耗水模數呈現為先增大后減小的規律，依次為拔節期/抽穗期>苗期>灌漿期>成熟期，耗水強度表現為抽穗期>拔節期>灌漿期>成熟期>苗期；水分生產效率較高的灌水處理谷子作物系數在0.65～0.78之間；水分生產效率最高的W4（組合A2B1C2）處理在苗期、拔節期、抽穗期、灌漿期和成熟期的作物耗水系數分別為0.27、0.68、2.10、0.51和0.42；谷子各生育階段的水分敏感指數依次為抽穗期>拔節期>灌漿期；谷子最優灌溉模式是在拔節期和抽穗期分別進行中度和輕度組合的水分脅迫，可將谷子的水分生產效率提高至1.56～1.57 kg/m3。晉北地區應在拔節期進行適當的補充灌溉，使谷子農田土壤含水率不低于50.9%的田間持水率。

谷子；水分虧缺；耗水量；作物系數；水分生產效率；水分敏感指數

0 引言

【研究意義】山西省是我國嚴重缺水省份之一，水資源總量僅21.9億m3，水資源緊缺嚴重制約著山西省農業和經濟的發展。同時，近年來山西省玉米種植面積及產量逐漸增加，單一的種植結構與氣候空間差異相矛盾。為了充分利用氣候資源，在農業供給側改革趨勢下，2015年農業部公布的《關于“鐮刀彎”地區玉米結構調整的指導意見》、2016年中央一號文件、山西十三五規劃和《山西省加快有機旱作農業發展2018年行動計劃》中均明確提出要優化作物種植結構、擴大雜糧種植面積和大力發展雜糧這一特色農業。【研究進展】谷子耐旱性較強，山西省獨特的地形、氣候和土壤為谷子的生長發育提供了優越的種植環境條件，且富含豐富的蛋白質、維生素、硒、鐵等，具有藥用和保健作用，營養價值很高；同時，雜糧之首的“谷子”種植也為山西省旱作農業做出了巨大貢獻，省內谷子種植面積接近21.6萬hm2，總產量高達55.0萬t，位居全國第一，谷子屬C4植物，固定CO2能力強，凈光合速率較高，屬高產作物類型[1]。然而，谷子種植地區的降水量均較少，又多以雨養種植為主，產量約為20.0 kg/hm2左右，在枯水年減產較為嚴重，谷子產量受土壤水分虧缺影響較大[2-3]。近年來，諸多學者針對水分虧缺對谷子產量的影響進行了研究。高亮等[4]試驗得出拔節期或抽穗期補灌可使谷子增產10.1%～18.6%，趙歡等[5]研究表明灌溉可使谷子水分生產效率提高幅度達19.2%，郭賢仕[6]研究認為谷子在苗期和拔節期經過干旱脅迫后復水可提高水分生產效率，王永麗等[7]研究認為灌漿期干旱使谷子產量顯著下降，丁瑞霞等[8]研究認為增加谷子的需水要求可使谷子產量增幅高達178.9%。

【切入點】關于各生育期不同程度水分虧缺對谷子耗水量和水分生產效率的系統研究較少。因此，明確谷子的耗水規律和耗水特性對實現晉北農業節水高產具有重要的指導性意義。【擬解決的問題】試驗在“雜糧之都”的忻州地區開展，研究不同程度水分虧缺對谷子耗水規律及水分生產效率的影響，提出谷子節水高產的灌水模式，對于探索谷子耗水特性、發展旱作農業、提高谷子產量和水分生產效率具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2019年5月6日在山西省忻州市代縣高街村開展，試驗地地處東經112°44′―113°21′，北緯38°50′―39°21′，屬半干旱大陸性季風氣候，境內四季分明，多年平均降水量為424.3 mm，年內降水主要集中在7―9月，年蒸發量1 759.8 mm，年平均氣溫為8.5 ℃，極端最高氣溫38.9 ℃，最低氣溫-24.5 ℃，無霜期160 d左右。試驗區土壤為褐土，其中，有機質量為13.9 g/kg，pH值為6.5，全氮量為6.6 g/kg，堿解氮量為98.8 mg/kg，有效磷量為15.8 mg/kg，速效鉀量為146.9 mg/kg，土壤體積質量為1.3 g/cm3，土壤田間持水率為26.5%。

1.2 試驗設計

谷子整個生育期劃分為苗期（0506―0614）、拔節期（0615―0718）、抽穗期（0719―0804）、灌漿期（0805―0821）和成熟期（0822―0908）5個階段，其中，苗期需要充足的水分來保障谷子的出苗及營養生長，成熟期對水分的需求不敏感[9]。本試驗谷子灌溉上下限是參考西北地區[9-10]的谷子灌溉試驗經驗和當地傳統雨養種植模式進行確定的。與其他地區谷子試驗相一致，本試驗中谷子在苗期—灌漿期的灌水控制上限均設為90.0%，苗期控水下限選擇較優的灌溉模式相應的65.0%的田間持水率[10]；成熟期對水分的需求較少，參照前期傳統雨養處理谷子在苗期的土壤含水率（表1），本試驗谷子在成熟期的灌溉上下限分別設為68.0%和45.0%的田間持水率；并根據前期雨養處理谷子在拔節期、抽穗期和灌漿期的土壤含水率變化閾值，對本試驗谷子在拔節期、抽穗期和灌漿期的控水下限分別設置大于、相當和小于傳統雨養谷子土壤含水率的3種水平，其中，拔節期的灌溉下限為64.2%（A1）、50.9%（A2）和40.0%（A3）的田間持水率，抽穗期的灌溉下限為73.6%（B1）、62.3%（B2）和50.9%（B3）的田間持水率，灌漿期的灌溉下限為68.0%（C1）、57.0%（C2）和45.0%（C3）的田間持水率，分別代表輕度、中度和重度虧缺水平，為了分析其他缺水處理對谷子水分生產效率的影響，本試驗將連續輕度水分脅迫處理W1作為對照處理。試驗對拔節期、抽穗期和灌漿期分別設計了3種水分脅迫方式并進行了組合，共有9個水平組合，分別為A1B1C1（W1）、A1B2C2（W2）、A1B3C3（W3）、A2B1C2（W4）、A2B2C3（W5）、A2B3C1（W6）、A3B1C3（W7）、A3B2C1（W8）和A3B3C2（W9）（如表2所示），即共有9個處理，各處理3次重復，共27個試驗小區。當土壤含水率降至土壤水分下限時進行點澆式灌溉，即采用手動方式移動灌水管，對小區耕作層進行較為均勻的“點澆式灌溉”，以達到僅對耕作層灌溉的目的，并采用安裝在小區內的水表記錄每次的灌水量。對各小區經“點澆式灌溉”后，在本小區內選取均勻的3個點，采用土壤水分測定儀對所選定的點進行測量，以控制其處于灌水上下限的范圍之內，在非灌水期，每隔5～7 d采用土壤水分測定儀隨機選取均勻的3個點位進行土壤水分的測定，以確定測點土壤水分含水率在灌水上下限范圍之內。各小區面積為2 m×3 m，降雨時用簡易防雨棚防雨。試驗供試品種為晉谷-53號，平均行距為30 cm，株距為10 cm，于播種前一次性施入基肥（N、P2O5、K2O質量比為18∶18∶18，總養分≥54%，600 kg/hm2）。計劃濕潤層深度為60 cm。

表1 傳統雨養處理谷子在拔節期―灌漿期的實測土壤含水率（2018年）

表2 谷子灌溉上下限正交試驗L9（34）設計方案

注 上述灌溉上下限均為田間持水率的百分數。

1.3 測試項目與方法

1）土壤含水率：自谷子播種開始每7～10 d進行1次取土，取土深為0～20、20～40 cm和40～60 cm，采用烘干法測定土壤的質量含水率，以3個取樣點處的平均值作為該小區的含水率值。

2）常規氣象觀測：采用距離試驗地1.2 km的峪里氣象站的氣象觀測數據進行每日記錄，包括降雨量、最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、平均風速、相對濕度、氣壓和日照時間。

3）產量：在谷子成熟期對每個小區的谷子進行收取，并經過風干、晾曬和脫粒后測定產量。

1.4 計算方法與分析

1.4.1 作物耗水量

谷子各生育期的耗水量（t）采用田間水量平衡方程式（1）計算。

t0tetttt， （1）

式中：0t分別為試驗小區時段內的始末土壤含水量；et為有效降水量；t為灌溉量；t為地下水補給量；t為小區排水量，單位均為mm。由于試驗地地下水位較低，降水量較小，灌溉采用點澆式，并設有簡易防雨棚，因此，et、t和t均忽略不計。

1.4.2 作物耗水系數

作物耗水系數（c）為作物耗水量（c）與0的比值（式2）。

cc0。（2）

1.4.3 作物水分生產效率

作物水分生產效率（）[11]為單位作物耗水量的谷子產量，計算式為：

yc，（3）

式中：為谷子產量（kg/hm2）。

1.4.4 水分生產函數

作物-水模型可以較好地表征水分脅迫對作物產量的影響，是制定合理的灌溉制度和提高農業用水效率的重要指導依據。本試驗采用Blank加法模型和Jensen乘法模型進行水分生產函數研究，模型中作物敏感指數越大，水分虧缺對減產影響越嚴重[12]。其計算式為：

加法模型：

乘法模型：

式中：a為作物在不同的水分條件下的實際產量（kg/hm2）；m為作物充分灌溉條件下的產量（kg/hm2）；為作物在不同水分條件下實際消耗的蒸發蒸騰量（mm）；mi為作物充分灌溉條件下實際消耗的蒸發蒸騰量（mm）；為生育階段編號，分別取2、3、4；K為作物缺水敏感系數；為缺水敏感指數。

1.5 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2016進行初步處理，用SPSS 22.0做顯著性分析和方差分析，用Origin9.0進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同灌水處理谷子的耗水規律

2.1.1 耗水量

不同灌水處理的谷子耗水量如表3所示，生育階段耗水量呈現出先增大后減小的規律，各生育期耗水量為拔節期/抽穗期>苗期>灌漿期>成熟期。全生育期谷子的耗水量為177.96～454.87 mm，其中，苗期的耗水量較小，為55.45～58.31 mm，該階段作物較小，耗水量主要為土壤蒸發；隨著生育期的推進，谷子的耗水量在拔節期達到峰值50.59～178.89 mm，該生育階段較長且作物蒸騰蒸發能力較強，導致該階段谷子耗水量較大；谷子在抽穗期耗水量為43.80～146.05 mm，但該階段持續時間較短；灌漿期是作物籽粒的形成過程，谷子在該階段的耗水量為14.80～52.25 mm；谷子成熟期的耗水量為10.67～26.67 mm。

表3 不同處理的谷子各生育期的耗水量

注 同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著（<0.05），下同。

2.1.2 耗水強度

耗水強度反應了作物蒸發蒸騰和生長代謝的能力。谷子全生育期內的平均耗水強度為2.57 mm/d，各生育階段耗水強度依次為抽穗期>拔節期>灌漿期>成熟期>苗期。由表4可知，苗期的谷子植株較小，蒸騰能力較弱，同時，該時期的氣溫也較低，土壤蒸發量也較小，使苗期谷子的耗水強度最小，為1.39～1.46 mm/d，平均為1.42 mm/d，主要用于維持植株成活；隨著生育期的推進，植株蒸騰能力與土壤蒸發量增強，谷子的耗水強度在拔節期增加至1.49～5.26 mm/d；谷子在抽穗期處于生長旺盛期，該階段耗水強度達到峰值，為2.58～8.59 mm/d；在灌漿期，作物較為茂盛，此時的土壤蒸發較小，作物耗水量大部分用于植株蒸騰，該階段谷子的耗水能力逐漸衰減，耗水強度逐漸下降在0.87～3.07 mm/d之間變動。

與標準的農民專業合作社相比較，農機合作社更強調入社的股份(包括農機折價形成的股份)，這是由于農機的價值較大，同時合作社股份構成較為復雜(農機、土地、資金等)，但在管理方式上依然強調民主，強調民辦、民管、民受益。農機合作社是中國農民對于世界合作社運動的重要貢獻。

表4 不同處理的谷子各生育期的耗水強度

2.1.3 耗水模數

耗水模數為各生育階段耗水量占全生育期耗水量的比例，代表各生育階段對耗水量的需求能力。不同灌溉處理谷子各生育階段耗水模數依次為拔節期/抽穗期>苗期>灌漿期>成熟期。由表5可知，苗期植株較小，但由于包括播種和出苗期在內，該階段持續時間最長（40 d），其耗水模數僅次于拔節期和抽穗期，為12.63%～31.77%；在拔節期，谷子的耗水強度增強，持續時間也較長，導致該階段耗水模數最大，為18.78%～55.71%；抽穗期耗水強度大，但其持續時間較短暫，耗水模數僅為15.42%～45.78%；灌漿期耗水模數為5.73%～14.18%；成熟期耗水模數最小，在4.79%～7.54%的范圍內變動。

2.1.4 不同灌水處理谷子的作物耗水系數變化規律

本研究僅針對水分生產效率較高的W1、W2、W4處理進行分析，谷子作物耗水系數隨著生育期的增加呈現出先增加后減小的變化趨勢。由表6可知，在各處理中，苗期谷子耗水系數為0.26～0.27，拔節期增加為0.68～1.11，抽穗期達到了峰值1.23～2.10，之后逐漸下降，在灌漿期和成熟期分別下降至0.46～0.64和0.41～0.46。

表5 不同處理的谷子各生育期的耗水模數

表6 不同處理谷子各生育期的作物耗水系數

2.2 水分脅迫對谷子耗水規律的影響

拔節期和抽穗期缺水對谷子耗水量具有重要的影響。在拔節期（W4、W5、W6）、抽穗期（W2、W5、W8）和灌漿期（W2、W4、W9）分別進行中度水分脅迫所相應的階段耗水量分別較對照處理減少66.64～68.50、52.83～55.70 mm和10.45～14.45 mm；耗水強度較對照處理分別減少1.96～2.01、3.11～3.28 mm/d和0.61～0.85 mm/d，減小幅度分別為37.61%～38.66%、37.39%～39.42%和20.00%～27.66%。表明拔節期和抽穗期水分脅迫對谷子耗水量、耗水強度的影響大于灌漿期。

連續中重度水分脅迫對谷子耗水量的影響較為嚴重。拔節期和抽穗期連續重度水分脅迫（W9）谷子耗水量和耗水強度僅為177.96 mm和1.47 mm/d，較對照減少276.90 mm和2.29 mm/d，減小幅度均為60.87%；其次為拔節期重度與抽穗期中度水分脅迫（W8），谷子作物耗水量和耗水強度分別為226.11 mm和1.87 mm/d，較對照減少了228.76 mm和1.89 mm/d，減小幅度均為50.29%；拔節期中度與抽穗期重度水分脅迫（W6）谷子作物耗水量和耗水強度分別為269.81 mm和2.23 mm/d，較對照減少了185.06 mm和1.53 mm/d，減小幅度均為40.68%；拔節期與抽穗期連續中度水分脅迫（W5）谷子的作物耗水量和耗水強度分別為302.47 mm和2.50 mm/d，較對照減少了152.40 mm和1.26 mm/d，減小幅度均為33.50%。拔節期和灌漿期中度水分脅迫（W2）、抽穗期和灌漿期中度水分脅迫（W4）對谷子耗水量影響較小。

在拔節期和抽穗期進行重度缺水會對谷子耗水量產生一定的滯后性。與拔節期輕度水分脅迫處理（W1）相比較，拔節期重度缺水（W7）的谷子在抽穗期、灌漿期和成熟期的耗水量分別減少了15.00、31.12 mm和8.07 mm；耗水強度分別減少了0.88、1.83 mm/d和0.62 mm/d，減小幅度分別為10.62%、59.57%和30.27%。與抽穗期輕度水分脅迫處理（W1）相比較，抽穗期重度缺水（W3）的谷子在灌漿期和成熟期的耗水量分別減少了34.12 mm和9.76 mm，耗水強度分別減少了2.01 mm/d和0.75 mm/d，減小幅度分別為65.31%和36.60%。綜上，抽穗期對谷子耗水規律的影響略大于拔節期。

2.3 不同灌水處理對水分生產效率的影響

表7 不同水分脅迫處理谷子的水分生產效率

適度的水分脅迫可以減少無效水分的消耗，提高水分生產效率，實現作物的節水高產[13]，拔節期或抽穗期中度水分脅迫可有效提高谷子的水分生產效率，但不應進行連續中重度水分脅迫和抽穗期重度水分脅迫。僅在拔節期（W4）或抽穗期中度水分脅迫（W2）的谷子水分生產效率分別為1.57 kg/m3和1.56 kg/m3，較全生育期輕度水分脅迫處理（W1）提高了0.16～0.17 kg/m3，提高幅度為11.79%～13.08%，且耗水量節約了73.43～75.05 mm，節約幅度為16.14%～16.50%；與本研究谷子最高生產率1.57 kg/m3（W4）相比較，拔節期、抽穗期和灌漿期三階段連續重度中度水分脅迫（W9）導致谷子水分生產效率下降幅度高達60.53%，拔節期重度水分脅迫和抽穗期中度水分脅迫處理（W8）的谷子水分生產效率下降了36.14%，拔節期中度水分脅迫和抽穗期重度水分脅迫處理（W6）的谷子水分生產效率下降了34.71%，抽穗期和灌漿期重度水分脅迫處理（W3）的谷子水分生產效率下降了30.66%，拔節期和灌漿期重度水分脅迫處理（W7）的谷子水分生產效率下降了26.42%。由于晉北地區降雨量較少，在谷子拔節期和抽穗期應進行適量的灌溉，以實現谷子的高產。

雖然抽穗期對谷子需水規律影響略大于拔節期，但拔節期水分虧缺較抽穗期水分虧缺對谷子水分生產效率的影響大。

2.4 谷子的作物-水模型

谷子各生育階段的水分敏感指數依次為抽穗期>拔節期>灌漿期，其中Jensen模型能夠更好地反映谷子的“作物-水分”函數關系。如表8所示，Blank模型和Jensen模型的2分別為0.850和0.890，其中，在Blank加法模型中，谷子的水分敏感指數在拔節期、抽穗期、灌漿期分別為0.444、0.468和0.093，在Jensen乘法模型中，谷子的水分敏感指數在拔節期、抽穗期、灌漿期分別為0.585、0.651和0.036。拔節期與抽穗期是谷子耗水最多的階段，約占整個生育期需水總量的50%以上，是谷子形成產量的重要耗水時期，在抽穗期受到中重度水分脅迫，會導致花粉發育嚴重不良或谷子抽穗少，最終產生空殼和秕籽多的情況。在谷子灌漿期時，如果受到了重度水分脅迫，谷子灌漿過程受阻，秕谷增多，造成大量減產。

表8 谷子各生育階段的敏感指數

3 討論

不同地區、耕作方式、品種、改良劑施用、降雨年型和灌溉方式下的耗水量和產量存在一定差異。受氣象和土壤因素的影響，不同地區的谷子耗水量不同，科爾沁沙地南緣、甘肅、陜北和新疆石河子墾區等各地區雨養谷子全生育期的耗水量分別為432.30、239.00～398.00、333.20 mm和452.20 mm[14-17]，吉林省梨樹縣豐水年和平水年雨養谷子全生育期內的耗水量分別為593.00 mm和529.00 mm[18]，張家口宣化露地雨養谷子在豐水年和枯水年的耗水量分別為370.20 mm和317.20 mm[19]，內蒙古阿拉善綠洲的膜下滴灌谷子耗水量為336.91 mm[9]；干旱脅迫使谷子耗水量下降，露地灌溉條件下科爾沁谷子全生育期的耗水量為489.00 mm[14]，白崗栓等[16]在陜北的試驗得出施用PAM后的谷子耗水量為337.60 mm，Bello等[20]在南非的谷子水分脅迫試驗表明，各灌溉處理下谷子耗水量在363.53～549.25 mm之間。壟膜覆蓋是谷子節水增產的有效方式[21-22]，西北地區谷子在不同壟膜覆蓋模式下的谷子產量較常規谷子增產28.3%～87.6%。壟溝覆膜條件下，遼寧、山西太谷、陜西恒山的谷子全生育期耗水量分別為340.80～361.50、404.12～419.85 mm和296.00 mm[10,23-24]。

灌溉、覆膜、施用保水劑等措施可使谷子水分生產效率有不同程度的提高，不當的干旱脅迫亦使谷子水分生產效率下降[25]。高亮等[4]研究認為覆膜補灌谷子比露地雨養處理的水分生產效率提高了10.7%～19.4%；潘永霞等[9]試驗得出膜下滴灌谷子水分生產效率最高，為1.59 kg/m3，比覆膜微噴灌、覆膜溝灌和露地溝灌的水分生產效率分別高23.4%、24.7%和28.9%；劉啟等[26]的溝壟集雨試驗可使谷子水分生產效率提高6.49%～14.59%；白崗栓等[16]試驗得出施用PAM后谷子的產量和水分生產效率分別提高了13.16%和14.85%；Mi等[27]在內蒙古清水河地區添加改良劑可使谷子產量提高3%～20%，水分利用有效率提高幅度可達29%。而有關土壤水分脅迫對谷子生產率的影響研究較少，Emendack等[28]認為中期連續10 d進行50%的水分虧缺后進行復水灌溉，使谷子減產幅度達77%，適時適量灌溉可有效提高谷子產量，丁瑞霞等[8]研究認為增加谷子的需水要求可使谷子產量增幅高達178.9%；樊修武等[29]在山西中部河村的試驗得出谷子在拔節期進行30 mm的補灌可達到顯著的增產作用。通過適時適量的灌溉和能夠增加土壤含水率的覆膜和保水劑施用等措施，可有效保障谷子在不同生育階段對土壤水分的需求，進而獲得較高的水分生產效率。本研究得出了具體的高產灌溉土壤水分控制指標，可結合當年降雨量制定不同年份的灌溉制度，給出具體的指導灌溉時間和灌溉量。

Blank加法模型和Jensen乘法模型中谷子各生育階段敏感指數差異比較大，這是由于Blank加法模型認為各生育階段進行缺水對作物產量的影響是相互獨立的[30]，實際上在作物某個生育階段缺水對本階段和以后各階段的生長均會影響，因此，Blank加法模型與實際不相符，而Jensen乘法模型克服了該缺陷，因此，Jensen模型中谷子各生育階段的敏感指數更為合理。

本試驗認為拔節期和抽穗期是晉北地區谷子的需水關鍵期，與張艾英等[31]研究結果相一致。這是由于晉北地區的降水量多集中于7—9月，自然降水不能滿足谷子拔節期的需水要求，需通過適當的補充灌溉使谷子農田土壤水分在拔節期階段不低于50.9%的土壤田間持水率。

4 結論

1）不同灌水處理谷子全生育期耗水量為177.96～454.87 mm，水分生產效率較高的灌水處理谷子作物耗水系數為0.65～0.78。谷子各生育階段耗水量呈現出先增大后減小的規律，各生育期耗水量為拔節期/抽穗期>苗期>灌漿期>成熟期，耗水強度表現為抽穗期>拔節期>灌漿期>成熟期>苗期，耗水模數依次為拔節期/抽穗期>苗期>灌漿期>成熟期。

2）最適宜的灌溉優化方式是拔節期和抽穗期輕中度組合的水分脅迫，拔節期應通過適當的補灌使谷子農田土壤水分保持不低于50.9%的土壤田間持水率。在谷子拔節期和抽穗期輕度的水分脅迫可使谷子的水分生產效率達到峰值1.56～1.57 kg/m3，單階段重度水分虧缺和三階段連續中重度水分虧缺會降低谷子的水分生產效率。

3）谷子各生育階段的水分敏感指數依次為抽穗期>拔節期>灌漿期，其中Jensen模型能夠更好地反映谷子的“作物-水分”函數關系。Jensen模型中谷子的水分敏感指數在拔節期、抽穗期、灌漿期分別為0.585、0.651、0.036。

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The Effects of Deficit Irrigation Scheduling on Water Consumption and Water Use Efficiency of Millet in the Northern Shanxi Province

GAO Xiaoli1,2, MA Juanjuan2, JIA Yurui2, LIU Enke1, SONG Lulu2

(1. Shanxi Province Key Laboratory of Organic Dry Farming, Institute of Dryland Farming, Taiyuan, 030031, China;2.College of Water Resources Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, 030024, China)

【】Millet is a drought-resistance crop and widely grown in the northern Shanxi province of China. The scarce rainfall in these areas means that millet cultivation is mainly rain-fed, which hinders millet growth and compromises its yield, especially in dry years. Topping up soil water by irrigation could substantially increase millet yield without adding more pressure on water scarcity.【】The purpose of this paper is to investigate how deficit irrigation at different growing stages mediates millet growth and the consequence for its water consumption and water use efficiency. 【】We used the variety of Jingu-53 as the model plant, and the crop was irrigated at the jointing, heading and filling stages, with mild, moderate and severe deficit irrigation. The low soil water content for resuming irrigation at the jointing stage were set to be 64.2% (A1), 50.9% (A2) and 40.0% (A3) of the field capacity; at the heading stage the low limit for irrigation was 73.6% (B1), 62.3% (B2) and 50.9%(B3) of the field capacity; the low limit for irrigation at the filling stage was 68.0% (C1), 57.0% (C2) and 45.0% (C3) of soil field capacity, respectively. In each irrigation, the irrigation amount was calculated based on that the soil water content reached 90.0% of the field capacity after the irrigation. For each treatment in the experiment, we measured and calculated the water consumption and water productivity of the millet.【】①Water consumption during the whole growing season varied between 177.96 and 454.87 mm, depending on the irrigation scheduling. The water consumption and water consumption modulus both increased first followed by a decline as the crop grew; the water consumption at different stages can be ranked in the order of jointing stage-heading stage > seedling stage > filling stage > mature period. The demand of the crop for water was ranked in the order of heading stage > joining stage > filling stage > mature period > seedling stage. ②The crop coefficient of the millet varied between 0.65 and 0.78. The combination of A2, B1and C2was most water-productive and its water consumption coefficient at seedling, jointing, heading, filling and ripening stage was 0.27, 0.68, 2.10, 0.51 and 0.42, respectively. ③The millet was most sensitive to water deficit at heading stage, followed by jointing stage and filling stage. A combination of a moderate water deficit at jointing stage and a mild water stress at heading stage can make the water productivity reach 1.56～1.57 kg/m3.【】A supplementary irrigation during the jointing stage of the millet to keep soil moisture higher than 50.9% of the field capacity is needed to safeguard its production and improve its water use efficiency.

millet; water deficit; water consumption; crop coefficient; water use efficiency (); water sensitivity index

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GAO Xiaoli, MA Juanjuan, JIA Yurui, et al. The Effects of Deficit Irrigation Scheduling on Water Consumption and Water Use Efficiency of Millet in the Northern Shanxi Province[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(9): 40-47.

S152.7

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020575

1672 – 3317（2021）09 - 0040 - 08

2020-10-19

有機旱作山西省重點實驗室開放基金項目（201805D111015-3）；土壤環境與養分資源山西省重點實驗室開放基金資助項目（2017002）；國家自然科學基金項目（51579168）

高曉麗（1989-），女，山西忻州人。講師，博士，主要從事節水灌溉與水資源高效利用研究。E-mail：gaoxiaoli01@tyut.edu.cn

責任編輯：陸紅飛